DE10014868A1 - Verfahren und Einrichtung zum Schmelztauchbeschichten von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zum Schmelztauchbeschichten von Metallsträngen (1), insbesondere von Stahlband, wird der Metallstrang (1) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) geführt, wobei durch eine elektromagnetische Kraft das Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) bewirkt wird. DOLLAR A Es werden Maßnahmen zur Einstellung der Lage des Metallstrangs (1) im Führungskanal (4) und/oder im Behälter (3) für das Beschichtungsmetall (2) dahingehend vorgeschlagen, dass der Metallstrang (1) durch hydrostatisches oder hydrodynamisches Beaufschlagen senkrecht zur Strangoberfläche (1a) in dem Behälter (3) und/oder im Führungskanal (4) während der Strangbewegung in seiner Lage und Form stabilisiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Schmelztauchbe­ schichten von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, bei dem der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurch geführt wird, in dem durch ein elektromagnetisches Wanderfeld im Beschichtungsmetall Induktionsströme indu­ ziert werden, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls bewirken.

Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der EP 0 673 444 B1 bekannt. Dort ist allerdings die Aufgabe gelöst, ein Verfahren zu schaffen, um die Beruhigung der Schmelze im Führungskanal und auch im Behälter zu erzielen, weil die magnetischen Kräfte un­ gleichmäßig verteilt sind und Wirbel entstehen. Die bekannte Lösung besteht hierzu darin, dass dem Wanderfeld im oberen Bereich, in Behälternähe, des Führungska­ nals ein konstantes Gleich- oder Wechselstromfeld entgegengerichtet wird, welches eine Durchwirbelung im Beschichtungsmetall in diesem Bereich dämpft.

Ein anderes Verfahren sieht vor (WO 96 /03533), mittels um den Führungskanal an­ geordneten Feldgeneratoren, ein oszillierendes Feld zu erzeugen. Die induzierten Kräfte vermögen jedoch lediglich den elektromagnetischen Verschluss des Füh­ rungskanals zu verschließen und erfüllen sonst keine weiteren Aufgaben.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt (JP 5086446), Stahlband mit einem Beschich­ tungsmetall zu versehen, wobei das Beschichtungsmetall allerdings seitlich unter den Induktoren eingeführt und nach oben umgelenkt wird.

Aus der US 5,069158 ist es bekannt, einen Metallstrang durch einen bogenförmigen, hydrostatisch beaufschlagten Kanal zu ziehen, wobei der Kanal in der Art einer kommunizierenden Röhre arbeitet. Ein elektromagnetisches Wanderfeld ist daher nicht notwendig, zumal der Metallstrang nicht senkrecht geführt wird. Das Beschich­ tungsmetall wird mittels einer in einen Vorratsbehälter eingetauchten Pumpe in einer separaten Rohrleitung in den Bogenkanal eingepumpt und überschüssige Schmelze zurückgeführt. Innerhalb des Bogenkanals wird der Metallstrang an mehreren Stellen über Vorsprünge geführt. Ein solches Verfahren arbeitet daher nur mit dem hydrosta­ tischen Druck der Schmelzmetallsäule.

Nach dem gleichen Prinzip, jedoch ohne einen rohrförmigen Bogenkanal, arbeitet das Verfahren gemäß der sehr ähnlichen, bekannten Lösung aus der US 5,015,509.

Von den beiden zuletzt genannten bekannten Verfahren abgesehen, befassen sich alle bekannten Lösungen mit der hydrodynamischen Dichtung des Beschichtungs­ metalls aus dem Behälter nach unten, also mit den grundsätzlich erforderlichen phy­ sikalischen Größen, die das Verfahren als solches erst möglich machen.

Der Einsatz von elektromagnetischen Kräften bewirkt die Induktion von Wirbelströ­ men in der Schmelze, die senkrechte, resultierende Kräfte in der Schmelze erzeu­ gen. Die magnetischen Wanderfelder erzeugen Kräfte, die senkrecht zur Metall­ strang-Oberfläche Kräfte erzeugen, die sich für den symmetrischen Fall gerade auf­ heben, die jedoch mit abnehmendem Abstand von der Metallstrang-Oberfläche zur Induktor-oberfläche ansteigen. Die symmetrische Lage der Felder zu den Oberflä­ chen des Metallstrangs ist jedoch in der Praxis gerade ein Ausnahmefall, der selten erreicht werden kann. Für den normalen Fall, dass der Metallstrang die Mittenlage im Induk­ tor verlässt, werden die anziehenden Kräfte hin zum Induktor, auf den die Startbe­ wegung zunächst zuging, größer und zusätzlich verstärkend werden die anziehen­ den Kräfte zum Induktor hin, von dem die Startbewegung zunächst wegging, kleiner. Sofern daher die Lage des Metallstranges im Führungskanal für den magneto­ hydrodynamischen Verschluss labil ist, bleibt nur noch der mechanische Längszug, der während des Prozesses auf dem Metallstrang ruht, der jedoch nicht ausreicht, den Metallstrang in einer stabilen Mittenlage zu halten.

Diese Lageinstabilität betrifft zum einen die Mittellage des Metallstranges und zum anderen jedoch auch die Form des Metallstranges parallel zur Stranglaufrichtung im Führungskanal. Eine in einem Stahlband befindliche leichte Planheitsstörung wird ebenfalls verstärkt, d. h. ein Cross-Bow im Band wird vergrößert. Erste Versuche ha­ ben gezeigt, dass im magnetohydrodynamischen Verschluss des Führungskanals Kräfte wirken, die in Kombination mit der Beschichtungstemperatur zu plastischen Veränderungen der Barform führen. Neben den Cross-Bow-Fehlern wurden außer­ dem S-förmige Bandformfehler parallel zur Bandlaufrichtung festgestellt. Die beob­ achteten Kurvenformen der Deformation sind größer oder gleich der 2. Ordnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zur Einstellung der Lage des Metallstranges im Führungskanal und/oder im Behälter für das Beschichtungsmetall vorzuschlagen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Metallstrang durch hydrostatisches oder hydrodynamisches Beaufschlagen senkrecht zur Strang­ oberfläche in dem Behälter und/oder im Führungskanal während der Strangbewe­ gung in seiner Lage und/oder Form stabilisiert wird. Dadurch können Bandformfeh­ ler weitgehend vermieden werden und der Metallstrang wird in seiner mittigen Lage stabilisiert.

Ein weitergehender Vorschlag besteht darin, dass das flüssige Beschichtungsmetall zum stabilisierenden Stützen des Metallstrangs bzw. des Bandes verwendet wird. Dadurch wird ein besonderer Effekt erzielt, indem einesteils die Stützung stattfindet und andernteils eine Beschichtung mit dem Beschichtungsmetall erfolgt.

Eine weitergehende Verbesserung hinsichtlich der Bandformfehler kann ferner da­ durch erreicht werden, dass das hydrostatische oder hydrodynamische Stabilisieren des Metallstrangs an einer oder an mehreren in bestimmten Abständen liegenden Strangstellen einseitig oder beidseitig kontinuierlich erfolgt. Aufgrund einer geeigne­ ten Auswahl der Stützstellen kann eine S-Form quer zur Metallstranglängsrichtung im Band erzeugt werden, die das Trägheitsmoment hinsichtlich einer Krümmung des Bandes parallel zur Bandlaufrichtung soweit erhöht, dass das Band plan und eben durch den Führungskanal geführt werden kann.

Das mittige, kontinuierliche Positionieren unter gleichzeitiger Formgebung kann der­ art erfolgen, dass der Metallstrang hydrostatisch oder hydrodynamisch an einzelnen oder paarweisen sich versetzt gegenüberliegenden Strangstellen stabilisiert wird.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund einer Einrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, in der der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall enthaltenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchführbar ist, in dem mittels eines elektromagnetischen Wanderfeldes im Beschichtungsmetall Induktionsströme indu­ zierbar sind, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls ausüben, er­ findungsgemäß dadurch gelöst, dass im Bereich des Behälters und/oder des Füh­ rungskanals () hydrostatisch oder hydrodynamisch gespeiste Stützelemente ange­ ordnet sind. Diese Stützelemente können in den unterschiedlichsten Arten, Formen und Wirkungsweisen ausgeführt sein.

Eine die Erfindung ausgestaltende Art besteht darin, dass die Stützelemente hy­ drostatisch oder hydrodynamisch mittels des geschmolzenen Beschichtungsmetalls gespeist sind. Diese Art verbindet einesteils den Stützeffekt zur Vermeidung von Cross-Bows oder anderen Planheitsstörungen und andernteils wird Beschichtungs­ metall an dieser Stelle aufgetragen.

Der Stützeffekt kann dabei auch in der Form bewirkt werden, dass das Stützelement einen an eine Metallpumpe für das geschmolzene Beschichtungsmetall angeschlos­ senen Zuführungskanal bildet, der am Austrittsende angeordnete Düsen aufweist. Der die Düse verlassende Beschichtungsmetall-Strom bewirkt das Stützen.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Düse eine am Austrittsende ge­ bildete Kanalerweiterung aufweist, die durch beidseitige Stützvorsprünge begrenzt ist. Zwischen den Stützvorsprüngen kann die Metallschmelze eine breite Stützfläche bzw. Auftragsfläche erzeugen.

Es ist auch möglich, die Stützelemente sinnvoll an weiteren Steilen des Stranglaufs einzusetzen. So besteht eine vorteilhafte Anwendung darin, dass zusätzliche Stütz­ elemente oberhalb des Badspiegels des Behälters angeordnet sind.

Grundsätzlich können Planheitsstörungen, wie z. B. Cross-Bows, durch eine ab­ standsgerechte Anordnung von Stützelementen beeinflusst bzw. beseitigt werden. Dazu ist es vorteilhaft, dass die Stützelemente einzeln beabstandet auf einer oder auf beiden Seiten des Metallstrangs angreifen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1A-1D Prinzipdarstellungen für paarweise Stützelement-Anordnungen in ver­ schiedenen Konfigurationen,

Fig. 2A-2C Prinzipdarstellungen für Anordnungen mit einzelnen Stützelementen,

Fig. 3A einen Schnitt durch den Behälter mit Stützelementen im Bereich des Führungskanals,

Fig. 3B einen Schnitt durch den Behälter mit Stützelementen im Behälter und über dem Badspiegel,

Fig. 4A einen Schnitt durch den Behälter mit mehreren Stützelement- Paarungen und

Fig. 4B einen Schnitt durch den Behälter senkrecht zum Schnitt der Fig. 4A.

Das Verfahren zum Schmelztauchbeschichten von Metallsträngen 1, insbesondere von Stahlband, bei dem der Metallstrang 1 vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall 2 aufnehmenden Behälter 3 und durch einen vorgeschalteten Führungskanal 4 kontinuierlich hindurch geführt wird, in dem durch ein elektromag­ netisches Wanderfeld im Beschichtungsmetall 2 Induktionsströme induziert werden, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine elektromagne­ tische Kraft zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls 2 bewirken, sieht vor, dass der Metallstrang 1 durch hydrostatisches oder hydrodynamisches Beaufschlagen senkrecht zur Strangoberfläche 1a in den Behälter 3 und/oder im Führungskanal 4 während der Strangbewegung in seiner Lage stabilisiert wird. Im Ausführungsbeispiel wird das flüssige Beschichtungsmetall 2 zum stabilisierenden Stützen des Metall­ strangs 1 angewendet. Das hydrostatische oder hydrodynamische Stabilisieren des Metaltstrangs 1 kann an einer Strangstelle 5 (Fig. 1A) oder an mehreren (zwei), in Abständen liegenden Strangstellen 5 und 6 (Fig. 1B) oder an drei Strangstellen 5, 6, und 7 (Fig. 1C) sowie an vier Strangstellen 5, 6,7 und 8 (Fig. 1D) erfolgen.

Dabei wird der Metallstrang 1 hydrostatisch oder hydrodynamisch an einzelnen Strangstellen 5 (Fig. 2A) oder an paarweisen, sich versetzt gegenüberliegenden Strangstellen 5 und 6 (Fig. 2B) oder an mehreren Strangstellen 5, 6 und 7 (Fig. 2C) abgesichert.

Die Anordnung der hydrostatisch oder hydrodynamisch gespeisten Stützelemente 9 im Bereich des Behälters 3 und/oder des Führungskanals 4 erfolgt gemäß der Kon­ figuration der Fig. 1A-1D und der Fig. 2A-2C. Deren Ausbildung richtet sich da­ nach, ob die Stützelemente 9 mittels des geschmolzenen Beschichtungsmetalls 2 gespeist werden, was für alle hier beschriebenen Ausführungsformen vorausgesetzt wird. Das Stützelement 9 bildet jeweils einen an eine Metallpumpe für das ge­ schmolzene Beschichtungsmetall 2 angeschlossenen Zuführungskanal 10, der am Austrittsende 11 eine Düse 12 besitzt. Diese Düse 12 bildet am Austrittsende 11 eine Kanalerweiterung 10a, die durch beidseitige Stützvorsprünge 13 und 14 begrenzt ist.

Gemäß den Fig. 3A und 3B können die Stützelemente 9 am Eingangsbereich 15 des Behälters 3 (Fig. 3A) oder im Behälter 3 selbst (Fig. 3B) angeordnet sein.

Zusätzliche Stützelemente 9 können auch oberhalb des Badspiegels 16 des Behäl­ ters 3 angewendet werden. Die Stützelemente 9 greifen jeweils bezogen auf den Metallstrang 1 auf einer linken Seite 1b und/oder auf einer rechten Seite 1c des Metallstrangs 1 an, um zu stabilisieren. Ein zusätzlicher Effekt ist, dass die hydrosta­ tisch oder hydrodynamisch betriebenen Stützelemente 9 gleichzeitig Beschichtungs­ metall 2 auftragen können.

In den Fig. 4A und 4B ist die Anordnung der Stützelemente im Behälter 3 dargestellt. Mehrere in den Behälterwänden 3a und 3b horizontal übereinander verlaufende Zu­ führungskanäle 10 besitzen Düsen 12 mit Kanalerweiterungen 10a, aus denen das Beschichtungsmetall 2 nach oben und unten austritt. Zwischen jeweils das Be­ schichtungsmetall 2 zuführenden Zuführungskanälen 10 ist ein Abführungskanal 17 angeordnet, der überschüssiges Beschichtungsmetall 2 wieder der Metallpumpe oder einem Vorratsraum zuleitet. Der durch das elektromagnetische Wanderfeld erzeugte Meniskus ist bei 19 erkennbar.

In Fig. 4B ist die Breite des Metallstrangs 1 als Band dargestellt und die Abzugsrich­ tung 18 von unten nach oben angezeigt. Außerdem ist die Anordnung der Haupt­ spulen 20 sichtbar. Die Breite des Zuführungskanals 10 ergibt sich ebenfalls aus Fig. 4B.

Bezugszeichenliste 1 Metallstrang
1a Strangoberfläche
1b linke Seite
1c rechte Seite
2 Beschichtungsmetall
3 Behälter
3a Behälterwand
3b Behälterwand
4 Führungskanal
5 Strangstelle
6 Strangstelle
7 Strangstelle
8 Strangstelle
9 Stützelement
10 Zuführungskanal
10a Kanalerweiterung
11 Austrittsende
12 Düse
13 Stützvorsprung
14 Stützvorsprung
15 Eingangsbereich
16 Badspiegel
17 Abführungskanal
18 Abzugsrichtung
19 Meniskus
20 Hauptspulen

Claims (10)

1. Verfahren zum Schmelztauchbeschichten von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, bei dem der Metallstrang vertikal durch einen das geschmol­ zene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorge­ schalteten Führungskanal kontinuierlich hindurch geführt wird, in dem durch ein elektromagnetisches Wanderfeld im Beschichtungsmetall Induktionsströ­ me induziert werden, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten des Beschich­ tungsmetalls bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstrang durch hydrostatisches oder hydrodynamisches Beauf­ schlagen senkrecht zur Strangoberfläche in dem Behälter und/oder im Füh­ rungskanal während der Strangbewegung in seiner Lage und/oder Form stabilisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Beschichtungsmetall zum stabilisierenden Stützen des Me­ tallstrangs verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrostatische oder hydrodynamische Stabilisieren des Metall­ strangs an einer oder an mehreren in bestimmten Abständen liegenden Strangstellen einseitig oder beidseitig kontinuierlich erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstrang hydrostatisch oder hydrodynamisch an einzelnen oder paarweisen sich versetzt gegenüberliegenden Strangstellen stabilisiert wird.

5. Einrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, in der der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall enthaltenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal kontinuierlich hindurchführbar ist, in dem mittels eines elektro­ magnetischen Wanderfeldes im Beschichtungsmetall Induktionströme indu­ zierbar sind, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls ausüben, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Behälters (3) und I oder des Führungskanals (4) hy­ drostatisch oder hydrodynamisch gespeiste Stützelemente (9) angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (9) hydrostatisch oder hydrodynamisch mittels des geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2) gespeist sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) einen an eine Metallpumpe für das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) angeschlossenen Zuführungskanal (10) bildet, der am Austrittsende (11) angeordnete Düsen (12) aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (12) eine am Austrittsende (12a) gebildete Kanalerweiterung (10a) aufweist, die durch beidseitige Stützvorsprünge (13, 14) begrenzt ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Stützelemente (9) oberhalb des Badspiegels (16) des Be­ hälters (3) angeordnet sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (9) einzeln beabstandet auf einer oder auf beiden Seiten (1b, 1c) des Metallstrangs (1) angreifen.